CN102683026A - 机械稳定性经改进的固体电解电容器 - Google Patents

机械稳定性经改进的固体电解电容器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种包含固体电解电容器元件的电容器，所述固体电解电容器元件包含阳极、电介质和的阴极，其含有固体电解质。阳极引线从阳极延伸，并与阳极端子电连接。同样，阴极端子与阴极电连接。阴极端子包含通常与电容器元件下表面垂直的直立部分，以及通常与电容器下表面平行的第一平面部分和第二平面部分。第一平面部分和第二平面部分通过折叠区互相连接，使第一部分置于第二部分的垂直上方。因此，在采用成型材料将电容器元件封装后，第二平面部分保持暴露，用于与电气部件的后续连接。然而，由于其垂直位置较高，第一平面部分可被成型材料完全封装。此外，阴极端子的直立部分也基本被成型材料封装。本发明人发现，通过采用成型材料封装阴极端子的平面部分和直立部分，即使在部分成型材料开裂时，剥离的可能性也能得到降低。这改善了机械稳定性和电气性能。

Description

机械稳定性经改进的固体电解电容器
技术领域
本发明涉及一种固体点解电容器，特别是一种机械稳定性经改进的固体电解电容器。
背景技术
固体电解电容器（如钽电容器）对电子电路的微型化做出了重要贡献，并且使这种电路可以在极端环境中使用。许多常规的固体电解电容器采用可以表面安装到印刷电路板上的端子（termination）形成。例如，阳极端子，其可包含向上朝电容器弯曲并焊接到阳极引出线上的部分。阴极端子同样可包含一用于接收电容器元件底面的平坦部分。然而，这种常规固体电解电容器的一个问题是有时候除气会导致成型材料内部出现裂纹，引发机械稳定性问题以及导致阴极端子与电容器元件出现部分剥离。因此，需要一种改进的固体电解电容器组件。
发明内容
在本发明的一个实施例中，公开了一种电容器，其包含固体电解电容器元件、阳极端子、阴极端子和成型材料。固体电解电容器元件限定了上表面、下表面、前表面和后表面，并且包含阳极、覆盖阳极的介电层和覆盖含有固体电解质的介电层的阴极，其中阳极引线与阳极电连接。阳极端子与阳极引线电连接。阴极端子与阴极电连接，并且包含通常与电容器元件下表面垂直的直立部分，及通常与电容器元件下表面平行的第一和第二平面部分（planar portion）。第一和第二平面部分通过折叠区互相连接，这样，第一平面部分置于第二平面部分的垂直上方。成型材料封装电容器元件，并且使至少一部分阳极端子和至少一部分阴极端子的第二平面部分暴露。
在本发明的另一个实施例中，公开了一种由电容器元件和引线框形成电容器的方法。所述引线框包含阳极段（section）和阴极段，阳极段包含基座（base）和从基座延伸的翼片（tab），阴极段包含基座和翼片，其中阴极段的基座具有第一区和第二区，以及其中阴极段的翼片从基座的第二区延伸。所述方法包括：将阳极段的翼片向上弯曲以形成直立的阳极端子部分；将阴极段的翼片朝上弯曲以形成直立的阴极端子部分；将阴极段基座的第一区沿第一折叠轴向上弯曲并沿第二折叠轴向下弯曲，以形成第一平面阴极端子部分，所述第一平面阴极端子部分通过折叠区与第二平面阴极端子部分互相连接，折叠区限定于第一和第二折叠轴之间；将电容器元件放到引线框上；将电容器元件的阳极引线与直立的阳极端子部分电连接；将直立的阴极端子部分、第一平面阴极端子部分、第二平面阴极端子部分或它们的组合与电容器元件电连接；采用成型材料封装电容器元件，使阴极端子第二平面部分的一部分保持暴露。
本发明的其它特点和方面将在下文进行更详细的说明。
附图说明
本发明的完整和具体说明，包括对于本领域技术人员而言的最佳实施方式，将在说明书的其余部分（包括参考附图）更具体地给出，其中：
图1是本发明电解电容器的一个实施例的透视图；
 图2是本发明电解电容器的一个实施例的横截面图；以及
图3是可在本发明一个实施例中采用的引线框的顶视图。
说明书和附图中重复使用的附图标记意图表示本发明相同或相似的元件特征。
具体实施方式
本领域技术人员将理解，本讨论仅作为示范性的实施例，并不是对本发明更广阔方面的限制。
一般说来，本发明涉及一种包含固体电解电容器元件的电容器，所述固体电解电容器包含阳极、电介质和阴极，其含有固体电解质。阳极引线从阳极引出，并与阳极端子电连接。同样，阴极端子与阴极电连接。阴极端子包含通常与电容器元件下表面垂直的直立部分，以及通常与电容器下表面平行的第一和第二平面部分。第一和第二平面部分通过折叠区互相连接，使得第一部分置于第二部分的垂直上方。因此，在采用成型材料封装电容器元件后，第二平面部分保持暴露，用于与电气部件的后续连接。然而，由于位于较高的垂直位置，第一平面部分可基本上被成型材料封装。此外，阴极端子的直立部分也完全被成型材料封装。通过用成型材料封装阴极端子的平面部分和直立部分，本发明人发现，即使部分成型材料开裂，剥离的可能性也能得到降低。这改善了机械稳定性和电气性能。
参考图1-2，图中显示了电容器30的一个实施例，电容器30包含与电容器元件33电连接的阳极端子62和阴极端子72，电容器元件33具有上表面37、下表面39、前表面36、后表面38、侧表面31及与其相对的侧表面（未显示）。虽然并未具体显示，但是，电容器元件33包含阳极、电介质和固体电解质。阳极可用阀金属组合物形成，所述阀金属组合物具有较高的荷质比，如大约5,000 μF*V/g或以上，在一些实施例中，大约25,000 μF*V/g或以上，在一些实施例中，大约40,000 μF*V/g或以上，以及在一些实施例中，大约70,000 至大约200,000 mF*V/g或以上。阀金属组合物包含阀金属（即，能够氧化的金属）或基于阀金属的化合物，如钽、铌、铝、铪、钛、它们的合金、它们的氧化物、它们的氮化物等。例如，阀金属组合物可包含导电的铌氧化物，如铌/氧原子比为1:1.0 ± 1.0的铌氧化物，在一些实施例中，铌/氧原子比为1:1.0 ± 0.3，在一些实施例中，铌/氧原子比为1:1.0 ± 0.1，以及在一些实施例中，铌/氧原子比为1:1.0 ± 0.05。例如，铌的氧化物可以是NbO0.7、NbO1.0、NbO1.1和NbO2。在优选的实施例中，组合物包含NbO1.0，其为导电的铌氧化物，即使在高温烧结后仍能保持化学稳定。这类阀金属氧化物的实例在Fife的美国专利6,322,912、Fife等人的美国专利6,391,275、Fife等人的美国专利6,416,730、Fife的美国专利6,527,937、Kimmel等人的美国专利6,576,099、Fife等人的美国专利6,592,740和Kimmel等人的美国专利6,639,787，及Kimmel等人的美国专利7,220,397，以及Schnitter的美国专利申请公布2005/0019581、Schnitter等人的美国专利申请公布2005/0103638、Thomas等人的美国专利申请公布2005/0013765中被描述，以上专利对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。
通常可以采用常规的制造程序来形成阳极。在一个实施例中，首先选择具有一定粒径的氧化钽或氧化铌粉末。例如，颗粒可以是片状、角状、节状及它们的混合物或者变体。颗粒的筛分粒度分布通常为至少大约60目，在一些实施例中为大约60目到大约325目，以及在一些实施例中为大约100目到大约200目。此外，比表面积为大约0.1至大约10.0 m2/g，在一些实施例中，为大约0.5至大约5.0 m2/g，以及在一些实施例中，为大约1.0至大约 2.0 m2/g。术语“比表面积”是指按照Journal of American Chemical Society（《美国化学会志》）1938年第60卷309页上记载的Bruanauer、Emmet和Teller发表的物理气体吸附（B.E.T.）法确定的表面积，吸附气体为氮气。同样，体积（或者斯科特）密度通常为大约0.1至大约5.0 g/cm3，在一些实施例中为大约0.2至大约4.0 g/cm3，以及在一些实施例中为大约0.5至约3.0 g/cm3。
为了便于构造阳极，可在导电颗粒中加入其它组分。例如，导电颗粒可任选与粘结剂和/或润滑剂混合，以保证在压制成阳极体时颗粒彼此充分地粘附在一起。合适的粘结剂可包括樟脑、硬脂酸和其它皂质脂肪酸、聚乙二醇（Carbowax）（联合碳化物公司）、甘酞树脂（Glyptal）（通用电气公司）、聚乙烯醇、萘、植物蜡以及微晶蜡（精制石蜡）。粘结剂可在溶剂中溶解和分散。示范性溶剂可包括水、醇等。使用时，粘结剂和/或润滑剂的百分比可在总质量的大约0.1%至大约8%重量之间变化。然而，应该理解的是，本发明并不要求使用粘结剂和润滑剂。
得到的粉末可以采用任一种常规的粉末压模机压紧。例如，压模机可为采用一模具和一个或多个模冲的单站压模机。或者，可采用仅使用一模具和单下模冲的砧型压模机。单站压模机有几种基本类型，例如，具有不同生产能力的凸轮压力机、肘杆式压力机/肘板压力机和偏心压力机/曲柄压力机，例如可以是单动、双动、浮动模压力机、可移动平板压力机、对置柱塞压力机、螺旋压力机、冲击式压力机、热压压力机、压印压力机或精整压力机。粉末可在阳极引线（如钽线）周围压实。或者，应该进一步理解的是，在压制和/或烧结阳极体后，阳极引线可与阳极体连接（如焊接）。在压制后，可在一定温度（例如，大约150℃至大约500℃）、真空条件下对丸粒（pellet）加热几分钟，脱除任何粘结剂/润滑剂。或者，也可将丸粒与水溶液接触而脱除粘结剂/润滑剂，如Bishop等人的美国专利6,197,252所描述，该专利对于所有目的以其整体结合到本文中。然后，将丸粒烧结以形成多孔的整块物质。例如，在一个实施例中，将丸粒在真空条件下或惰性气氛中在温度大约1200℃至大约 2000℃进行烧结，以及在一些实施例中，在温度大约1500℃ 至大约 1800℃进行烧结。烧结后，由于丸粒之间连接增多，颗粒收缩。除上面所描述的技术外，根据本发明，还可以采用任何其它构造阳极体的技术，例如Galvagni的美国专利4,085,435；Sturmer等人的美国专利4,945,452；Galvagni的美国专利5,198,968；Salisbury的美国专利5,357,399；Galvagni等人的美国专利5,394,295；Kulkarni的美国专利5,495,386；以及Fife的美国专利6,322,912中所描述的技术，以上专利对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。
虽然并不要求，但是，可以选择阳极的厚度以改善电容器的电气性能。例如，阳极的厚度为大约4 mm或以下，在一些实施例中，为大约0.05 mm至大约2 mm，以及在一些实施例中，为大约0.1 mm至大约1 mm。也可以选择阳极的形状，以改善所得电容器的电气性质。例如，阳极可以是弧形、正弦曲线形、矩形、U形、V形等形状。阳极还可以具有“槽”形，其包含一个或多个沟槽、凹槽、凹陷或者缺口（identation），以增加表面积/体积比，最小化ESR并延长电容的频率响应。这类“槽”阳极描述于例如Webber等人的美国专利6,191,936；Maeda等人的美国专利5,949,639；和Bourgault等人的美国专利3,345,545，以及Hahn等人的美国专利申请公开2005/0270725中，所有这些专利对于所有目的以其整体结合到本文中。
阳极引线16（例如，线、片等）也与阳极电连接。 引线16通常由任何导电材料制成，所述导电材料例如钽、铌、镍、铝、铪、钛等，以及它们的氧化物和/或氮化物。正如本领域所知的那样，引线16的连接方式可以有所不同，例如采用电阻或激光焊接来耦合引线、在形成期间（例如，在烧结前）将引线埋入阳极体内等。例如，在所示实施例中，引线16的形式是从电容器元件33的前表面36延伸出的埋入线。
一旦构造好，阳极即可进行阳极氧化，以在阳极上面和/或内部形成介电层。阳极氧化是电化学过程，通过阳极氧化，阳极被氧化以形成介电常数较高的材料。例如，氧化铌（NbO）阳极可经阳极氧化以形成五氧化二铌（Nb2O5）。一般说来，阳极氧化的进行首先是在阳极上涂覆电解质，例如将阳极浸入电解质中。电解质的形式通常为液体，如溶液（例如水溶液或非水溶液）、分散体、熔体等。电解质中通常使用溶剂，如水（如去离子水）；醚类（如二乙醚和四氢呋喃）；醇类（如甲醇、乙醇、正丙醇（n-propanol）、异丙醇和丁醇）；甘油三酯；酮类（例如，丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮）；酯类（例如，乙酸乙酯、醋酸丁酯、二乙二醇乙醚乙酸酯和甲氧基丙基乙酸酯）；酰胺类（例如，二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基辛/癸脂肪酸酰胺和N-烷基吡咯烷酮）；腈类（如乙腈、丙腈、丁腈和苄腈）；亚砜或砜（例如，二甲亚砜（DMSO）和环丁砜）；等等。溶剂可占电解质的大约50 wt.%至约99.9 wt.%，在一些实施例中占大约75 wt.%至大约99 wt.%，以及在一些实施例中占大约80 wt.%至大约95 wt.%。虽然并非必须要求这样，但是，为了获得想要的氧化物，通常需要使用水溶剂（例如水）。实际上，水可占电解质中所用溶剂的大约50 wt.%或以上，在一些实施例中，占大约70 wt%或以上，以及在一些实施例中占大约90 wt%至100 wt%。
电解质是离子电导的，并且在温度25℃下测定的离子电导率是大约1毫西门子/厘米（“mS/cm”）或以上，在一些实施例中，为大约30 mS/cm或以上，以及在一些实施例中，为大约40 mS/cm至大约100 mS/cm。为了提高电解质的离子电导率，可以采用能够在溶剂中离解以形成离子的化合物。用于此目的的合适的离子化合物包括例如，酸，如盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、多聚磷酸、硼酸、有机硼酸（boronic acid）等；有机酸，包括羧酸，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙二酸、琥珀酸、水杨酸、磺基水杨酸、己二酸、马来酸、苹果酸、油酸、没食子酸、酒石酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、乙醇酸、草酸、丙酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、戊二酸、葡萄糖酸、乳酸、天门冬氨酸、谷氨酸、衣康酸、三氟乙酸、巴比妥酸、肉桂酸、苯甲酸、4-羟基苯甲酸、氨基苯甲酸等；磺酸，例如甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、三氟甲磺酸、对苯乙烯磺酸、萘二磺酸、羟基苯磺酸、十二烷基磺酸、十二烷基苯磺酸等；聚酸，例如，聚（丙烯）或聚（甲基丙烯）酸及其共聚物（例如，马来酸-丙烯酸、磺酸-丙烯酸和苯乙烯-丙烯酸共聚物）、角叉菜胶酸（carageenic acid）、羧甲基纤维素、海藻酸等。选择离子化合物的浓度以获得想要的离子电导率。例如，酸（如磷酸）可占电解质的大约0.01 wt.%至大约5 wt.%，在一些实施例中占大约0.05 wt.%至大约0.8 wt.%，以及在一些实施例中占大约0.1 wt.%至大约0.5 wt.%。如果需要，电解质中还可以采用离子化合物的共混物。
电流通过电解质，形成介电层。电压值控制介电层的厚度。例如，一开始电源可以以恒电流模式启动，直到达到要求的电压。然后，可将电源切换到恒电势模式，以确保在阳极表面形成要求的介电厚度。当然，也可以采用其它已知的方法，如脉冲或阶跃恒电势法（step potentiostatic method）。电压通常为大约4V至大约200 V，以及在一些实施例中，为大约9 V至大约100 V。在阳极氧化期间，电解质可保持在经提高的温度，如大约30℃或以上，在一些实施例中，大约40℃至大约200℃，以及在一些实施例中，大约50℃至大约100℃。阳极氧化还可在环境温度或更低温度下进行。所得到的介电层可在阳极表面及其孔内形成。
一旦形成了介电层，可任选涂覆保护涂层，例如由相对绝缘的树脂材料（天然树脂或合成树脂）制成的保护涂层。此类材料的电阻率大于约10 W/cm，在一些实施例中，大于约100 W/cm，在一些实施例中，大于约1,000 W/cm，在一些实施例中，大于约1×105 W/cm，以及在一些实施例中，大于约1×1010 W/cm。本发明可以采用的某些树脂材料包括但不限于聚氨酯、聚苯乙烯、不饱和或饱和脂肪酸的酯（如甘油酯）等。例如，合适的脂肪酸酯包括但不限于：月桂酸酯、肉豆蔻酸酯、棕榈酸酯、硬脂酸酯、桐酸酯、油酸酯、亚油酸酯、亚麻酸酯、油桐酸酯、虫胶酸酯等。人们发现，这些脂肪酸酯用在相对复杂的组合中以形成“干性油（drying oil）”时特别有用，其能够使得到的膜快速聚合形成稳定的层。这类干性油可包括甘油单酯、甘油二酯和/或甘油三酯，它们的甘油骨架分别有一个、两个和三个被酯化的脂肪酰基。例如，可以使用的某些合适的干性油包括但不限于：橄榄油、亚麻子油、蓖麻油、桐油、豆油和虫胶。各种保护性涂层材料在Fife等人的美国专利6,674,635中有更详细的说明，其对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。
 然后，经阳极氧化的部件经历一用于形成包含固体电解质（如二氧化锰、导电聚合物等）的阴极的步骤。例如，二氧化锰固体电解质可通过硝酸锰（Mn（NO3）2）热解形成。这类技术在例如Sturmer等人的美国专利4,945,452中进行了描述，该专利对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。
还可以采用导电聚合物涂层，所述涂层包含一种或多种聚杂环类（如聚吡咯；聚噻吩、聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDT）；聚苯胺）；聚乙炔；聚对苯撑（poly-p-phenylenes）；聚苯酚；及它们的衍生物。导电聚合物涂层还可以由多层导电聚合物层形成。例如，在一个实施例中，导电聚合物阴极可包含由PEDT形成的一层及由聚吡咯形成的另一层。可以采用各种方法将导电聚合物涂覆到阳极部件上。例如，可以采用常规的技术形成导电聚合物涂层，所述常规的技术例如电聚合、丝网印刷、浸渍、电泳涂覆和喷涂法。
在一个具体实施例中，导电涂层含有π-共轭且具有内在电导率（例如电导率为至少大约1 μS·cm-1）的取代聚噻吩。取代聚噻吩可具有通式（I）、通式（II）的重复单元或具有通式（I）和通式（II）两者的重复单元：
Figure 708843DEST_PATH_IMAGE001
其中，
A是任选C1-C5烯烃取代基（例如，亚甲基、乙烯基、正丙烯基、正丁烯基、正戊烯基等）；
R是线性或分支的任选C1-C18烷基取代基（例如，甲基、乙基、正丙基或异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基、正戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、3-甲基丁基、1-乙基丙基、1,1-二甲基丙基、1,2-二甲基丙基、2,2-二甲基丙基、正己基、正庚基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十八烷基等）；任选C5-C12环烷基取代基（如环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基等）；任选C6-C14芳基取代基（如苯基、萘基等）；任选C7-C18芳烷基取代基（如苄基，邻、间、对甲苯基，2,3-、2,4-、2,5-、2,6、3,4-、3,5-二甲苯基、2,4,6-三甲苯基等）；任选C1-C4羟烷基或羟基取代基；以及
x是0-8的整数，在一些实施例中，是0-2的整数，以及在一些实施例中，x是0。“A”或“R”的取代基实例包括，例如，烷基、环烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、卤素、醚、硫醚、二硫化物、亚砜、砜、磺酸酯、氨基、醛、酮、羧酸酯（carboxylic acid ester）、羧酸、碳酸酯、羧酸盐（carboxylate）、氰基、烷基硅烷基和烷氧基硅烷基、羧酰胺基等。
通式（I）或通式（II）或通式（I）和（II）的重复单元的总数通常是2-2000，以及在一些实施例中是2-100。
尤其适合的取代聚噻吩是那些“A”为任选C2-C3烯烃取代基且x是0或1的那些聚噻吩。在一个特定的实施例中，取代聚噻吩是聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（“PEDT”），其具有式（II）的重复单元，其中“A”是CH2-CH2且“x”是0。用以形成此类聚合物的单体可根据需要变化。例如，尤其适合的单体是具有通式（III）、（IV）或具有通式（III）和通式（IV）两者的被取代的3,4-烯烃基二氧噻吩：
Figure 585533DEST_PATH_IMAGE002
其中A、R和X如上定义。
此类单体的实例包括，例如，任选的被取代的3,4-乙烯二氧噻吩。一个商业上合适的3,4-乙烯二氧噻吩的实例是H.C. Starck GmbH以Clevios? M名称销售的产品。也可以采用这些单体的衍生物，例如上述单体的二聚体或三聚体。分子量较高的衍生物，即单体的四聚体、五聚体等适用于本发明。衍生物可以由相同的或不同的单体单元构成，并以纯态形式以及相互混合和/或与单体混合的形式使用。还可以使用这些前体的氧化或还原形式。
如上所述，噻吩单体可在氧化催化剂存在下进行化学聚合。氧化催化剂通常包含过渡金属阳离子，如铁（III）、铜（II）、铬（VI）、铈（IV）、锰（IV）、锰（VII）、钌（III）的阳离子等。还可以使用掺杂剂来为导电聚合物提供过量电荷并稳定聚合物的导电率。掺杂剂通常包含无机或有机阴离子，如磺酸离子。在某些实施例中，前体溶液中使用的氧化催化剂包含阳离子（如过渡金属）和阴离子（如磺酸），从而兼具催化功能和掺杂功能。例如，氧化催化剂可为过渡金属盐，其包含铁（III）阳离子，如卤化铁（III）（如FeCl3）或其它无机酸的铁（III）盐，如Fe（ClO4）3或Fe2（SO4）3及有机酸的铁（III）盐和包含有机基团的无机酸的铁（III）盐。带有有机基团的无机酸的铁（III）盐的实例包括，例如，C1 -C20烷醇的硫酸单酯铁（III）盐（如十二烷醇硫酸铁（III）盐）。同样，有机酸的铁（III）盐的实例包括，例如，C1-C20烷基磺酸（例如，甲烷磺酸、乙烷磺酸、丙烷磺酸、丁烷磺酸或十二烷基磺酸）的铁（III）盐；脂肪族全氟磺酸（如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸）的铁（III）盐；脂肪族C1-C20羧酸（如2-乙基己基羧酸）的铁（III）盐；脂肪族全氟羧酸（如三氟乙酸或全氟辛酸）的铁（III）盐；任选被C1-C20烷基取代的芳香族磺酸（如苯磺酸、邻甲苯磺酸、对甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸）的铁（III）盐；环烷烃磺酸（如樟脑磺酸）的铁（III）盐等。也可以使用上文提到的铁（III）盐的混合物。对甲苯磺酸铁（III）、邻甲苯磺酸铁（III）及它们的混合物尤其合适。一种商业上合适的邻甲苯磺酸铁（III）是H.C. Starck GmbH以名称Clevios? C销售的产品。
可以采用各种方法形成导电涂层。在一个实施例中，氧化催化剂和单体依次涂覆或者一起涂覆，使聚合反应在部件上原位进行。合适的涂覆技术可包括丝网印刷、浸渍、电泳涂覆和喷涂等，可用以形成导电聚合物涂层。例如，一开始可以将单体与氧化催化剂混合以形成前体溶液。一旦形成了混合物，即可将其涂覆，并让其聚合，从而在表面形成导电涂层。或者，可以依次涂覆氧化催化剂和单体。例如，在一个实施例中，可将氧化催化剂溶解在有机溶剂（例如，丁醇）中，并接着作为浸渍溶液涂覆。然后，可干燥部件以脱除上面的溶剂。随后，将部件浸入包含单体的溶液中。
根据使用的氧化剂和要求的反应时间，聚合通常在温度大约-10℃至大约250℃条件下进行，以及在一些实施例中，在大约0℃至大约200℃条件下进行。如上文所述的合适的聚合技术，在Biler的美国专利7,515,396中有更为详细的描述。涂覆此类导电涂层的其它方法在Sakata等人的5,457,862、Sakata等人的5,473,503、Sakata等人的5,729,428以及Kudoh等人的5,812,367美国专利中也有描述，以上专利对于所有目的通过引用以其整体结合到本文中。
除原位涂覆形成的涂层外，或者与原位涂覆形成的涂层一起，还可以采用导电聚合物颗粒的分散体形式的导电涂层。虽然其大小可能不同，但是，一般希望颗粒具有较小的直径，以增加能够用于粘附到阳极部件上的表面积。例如，颗粒的平均直径为大约1至大约500纳米，在一些实施例中为大约5至大约400纳米，以及在一些实施例中为大约10至大约300纳米。颗粒的D90值（直径小于或等于D90值的颗粒占全部固体颗粒总体积的90%）可为大约15微米或以下，在一些实施例中为大约10微米或以下，以及在一些实施例中为大约1微米至大约8微米。颗粒的直径可采用已知的技术测定，如超速离心法、激光衍射法等。
通过采用独立的反离子来中和取代聚噻吩携带的正电荷，可以增强导电聚合物形成微粒的过程。在一些情况下，聚合物在结构单元中可具有正电荷和负电荷，正电荷位于主链上，而负电荷任选位于“R”取代基上，如磺酸基或羧基。主链的正电荷可以被“R”基上任选存在的阴离子基团部分或全部中和。从整体来看，在这些情况中，聚噻吩可以是阳离子、中性或甚至是阴离子。 但是，因为聚噻吩主链带正电荷，它们全都被视为阳离子聚噻吩。
反离子可以是单体阴离子或聚合物阴离子。聚合物阴离子可以例如是聚羧酸（如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸等）阴离子；聚磺酸（如聚苯乙烯磺酸（“PSS”）、聚乙烯基磺酸等）阴离子等。酸还可以是共聚物，如乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与其它可聚合单体（如丙烯酸酯和苯乙烯）的共聚物。同样，合适的单体阴离子包括，例如，C1-C20烷基磺酸（如十二烷基磺酸）的阴离子；脂肪族全氟磺酸（如三氟甲烷磺酸、全氟丁烷磺酸或全氟辛烷磺酸）的阴离子；脂肪族C1-C20羧酸（如2-乙基己基羧酸）的阴离子；脂肪族全氟羧酸（如三氟乙酸或全氟辛酸）的阴离子；任选被C1-C20烷基取代的芳香族磺酸（如苯磺酸、邻甲苯磺酸、对甲苯磺酸或十二烷基苯磺酸）的阴离子；环烷烃磺酸（如樟脑磺酸或四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、高氯酸盐、六氟锑酸盐、六氟砷酸盐或六氯锑酸盐）的阴离子等。特别适合的反离子是聚合物阴离子，如聚羧酸或聚磺酸（如聚苯乙烯磺酸（“PSS”））。此类聚合物阴离子的分子量一般为大约1,000至大约2,000,000，以及在一些实施例中，为大约2,000至大约500,000。
使用时，给定涂层中的此类反离子与取代聚噻吩的重量比一般为大约0.5:1至大约50:1，在一些实施例中为大约1:1至大约30:1，以及在一些实施例中为大约2:1至大约20:1。上述重量比中提到的取代聚噻吩的重量指的是所使用单体部分的重量，假设单体在聚合期间完全转化。
分散体还可包含一种或多种粘结剂，以进一步增强聚合层的粘附性，并且还可以提高分散体内部颗粒的稳定性。粘结剂本身可以是有机物，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯丁酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酰胺、聚丙烯腈、苯乙烯/丙烯酸酯、乙烯乙酸/丙烯酸酯和乙烯/乙酸乙烯酯（ethylene/vinyl acetate）共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚苯乙烯、聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、硅酮树脂或纤维素。还可采用交联剂来增强粘结剂的粘附能力。此类交联剂可包括，例如，三聚氰胺化合物、封闭异氰酸酯或功能硅烷，如3-缩水甘油氧基丙基三烷基氧硅烷（3-glycidoxypropyltrialkoxysilane）、正硅酸乙酯（tetraethoxysilane）和正硅酸乙酯的水解产物或可交联的聚合物，如聚氨酯、聚丙烯酸酯或聚烯烃，以及随后的交联。如本领域所知，分散体内还可以包含其它组分，如分散剂（如水）、表面活性物质等。
如果需要，可以重复上述一个或多个涂覆步骤，直到达到需要的涂层厚度。在一些实施例中，一次只形成较薄的一层涂层。涂层的总目标厚度通常根据需要的电容器性质而变化。一般说来，所得到的导电聚合物涂层的厚度为大约0.2 微米（“μm”）至大约50μm，在一些实施例中为大约0.5μm至大约20μm，以及在一些实施例中为大约1μm至大约5μm。应该理解的是，部件上所有位置的涂层厚度并不一定需要相同。但是，涂层的平均厚度通常落在上述范围之内。
导电聚合物涂层可任选进行封口（heal）。封口可以在每次涂覆导电聚合物层之后进行或在整个导电聚合物涂层涂覆完成之后进行。在一些实施例中，导电聚合物可通过将部件浸入到电解质溶液中，然后对溶液施加恒定的电压直到电流降低到预选水平而进行封口。必要时，这种封口可通过多个步骤来完成。例如，电解质溶液可以是单体、催化剂和掺杂剂在醇溶剂（如乙醇）中的稀释溶液。如果需要，还可以清洗涂层，以脱除各种副产物、过量试剂等。
如果需要，部件可任选采用外部涂层涂覆。外部涂层可包含至少一种炭质层和至少一种覆盖炭质层的金属层。金属层可作为电容器的可焊接导体、接触层和/或电荷收集器，并可由导电金属形成，所述导电金属如铜、镍、银、镍、锌、锡、钯、铅、铜、铝、钼、钛、铁、锆、镁及它们的合金。银是特别适合用于金属层的导电金属。炭质层可限制金属层和固体电解质之间的接触，否则，这种接触会增加电容器的电阻。碳质层可采用多种已知的含碳材料形成，所述含碳材料如石墨、活性炭、炭黑等。炭质层的厚度通常在大约1μm至大约50μm的范围内，在一些实施例中是大约2μm至大约30μm，以及在一些实施例中是大约5μm至大约10μm。同样，金属层的厚度通常在大约1μm至大约100μm的范围内，在一些实施例中为大约5μm至大约50μm，以及在一些实施例中为大约10μm至大约25μm。
不管其形成方式如何，所得电容器元件33与阳极端子62和阴极端子72电接触，如上文所述及如图1-2中所示。可以采用任何导电材料来形成端子，如导电金属（如铜、镍、银、镍、锌、锡、钯、铅、铜、铝、钼、钛、铁、锆、镁及它们的合金）。特别适合的导电金属包括例如铜、铜合金（例如铜-锆、铜-镁、铜-锌或铜-铁）、镍和镍合金（例如镍-铁）。通常选择端子的厚度以降低电容器的厚度。例如，端子的厚度可在大约0.05至大约1毫米的范围内，在一些实施例中为大约0.05至大约0.5毫米，以及大约0.07至大约0.2毫米。一种示范性导电材料是从Wieland（德国）获得的铜-铁合金金属板。如本领域所知，如果需要，端子表面可镀镍、银、金、锡等，以确保最终的部件可安装到电路板上。 在一个特定的实施例中，端子的两个表面分别镀有亮镍和亮银（nickel and silver flashes），而安装表面也镀有锡焊层。
阴极端子72包含相对平坦并基本与电容器元件33下表面39平行的第一平面部分75和第二平面部分73。第一平面部分75和第二平面部分73通过折叠区79互相连接，折叠区可相对于阳极引线16延伸的纵向以大约0°至大约90°的角度定向，以及在一些实施例中，以大约10°至大约50°的角度定向（参见，例如图2的-x方向）。采用这种方式，第一平面部分75在–z方向上置于第二平面部分73的垂直上方（参见图2）。
第一平面部分75可与下表面39直接接触，或者它们可通过粘合剂、焊接材料、焊接部、绝缘材料（如塑料垫或带）等与下表面39连接。虽然第二平面部分73不需要与下表面39连接，但是，可任选通过粘合剂、焊接材料、焊接部、绝缘材料（如塑料垫或带）等将其与下表面39连接。在一个实施例中，例如，第一平面部分75与下表面39直接接触，而第二平面部分73通过导电粘合剂与下表面39连接。在另一个实施例中，第一平面部分75通过导电粘合剂与下表面39连接，而第二平面部分73未与下表面39连接。在另一个实施例中，第一平面部分75通过导电粘合剂与下表面39连接，而第二平面部分73通过绝缘材料与下表面39连接。
不管怎样，阴极端子72还包含与电容器元件33的下表面及平面部分73和78基本垂直（例如，90°+10°）的直立部分74。直立部分74与电容器元件33的后表面38电接触，并与后表面38基本平行。任选地，直立部分74可限定一孔76，该孔有助于提高直立部分在电容器制造期间的折叠能力。或者，虽然按照整体进行描述，但是还应该理解的是，平面部分、折叠部分和直立部分也可以是直接连接在一起或通过其它导电元件（如金属）连接在一起的独立部分。
阳极端子与电容器元件的连接方式并不重要。例如，在图1-2中，图中所示的阳极端子62包含相对平坦且与电容器元件33的下表面基本平行的平面部分63及与平面部分63基本垂直（如90°+10°）的直立部分64。如图所示，直立部分64还限定了一用于接收阳极引线16的槽51。槽51可具有多种不同形状和/或大小的任一种形状和大小。例如，在所示实施例中，槽51具有“U形”，以进一步增强引线16的表面接触和机械稳定性。
电容器元件33与包含阳极段和阴极段的引线框200的示范性连接方式如图3所示，并且现在将对其进行更详细的描述。为了简单起见，只对单个电容器的形成进行描述。然而，应该理解的是，引线框可包含分成（多个）单独的电容器组件的多段。参考图3，图中显示了引线框200的一部分，其包含最终分别形成阳极端子和阴极端子的阳极段和阴极段，正如上文所述。应该理解的是，图中仅显示了引线框的一部分，以及其通常还包括未明确显示的其它组件。例如，各段一开始可通过金属片连接，所述金属片随后可在电容器制造期间拆除。
图3所示的引线框200是初始“平坦”的构造。在这个实施例中，阳极段由基座163和从基座163延伸的翼片164形成。翼片164可沿折叠轴“A1”向上弯曲以形成直立部分64和U形槽51（图1-2）。阴极段同样由基座173及从基座173延伸的翼片174形成。翼片174可沿折叠轴“A4”向上弯曲以形成直立部分74。为了形成第一平面部分75和第二平面部分73，将基座173折叠两次。更具体地说，首先将基座173的前区180沿轴“A2”向上折叠，然后沿轴“A3”向下折叠，直到其与基座173未折叠的后区181平行。采用这种方式，基座173的前区将构成第一平面部分75，而后区将构成第二平面部分73（图1-2）。引线框200位于折叠轴“A2”和“A3”之间的部分190同样形成折叠区79，所述折叠区79分别与第一平面部分75和第二平面部分73互相连接。
再次参考图1-2，一旦端子弯曲成想要的构造，将电容器元件33置于其上，使槽51接收阳极引线16。电容器元件33的下表面39通过绝缘材料（未显示）放在阳极端子62的平面部分63上，绝缘材料使阳极端子和阴极端子电隔离。下表面39也直接放在或通过其它材料（如，导电粘合剂）放在阴极端子72的第一平面部分75上。然后，采用本领域已知的任何技术，如机械焊接、激光焊接、导电粘合剂等，可将阳极引线16与槽51电连接。一旦与阳极引线16电连接，可固化（cure）任何任选的导电粘合剂。例如，可采用热压法来施加热和压力，以确保电容器元件33通过粘合剂充分地粘附到阴极端子72上。
一旦附着到引线框，电容器元件可采用成型材料58，如环氧树脂、二氧化硅或任何其它已知的封装材料进行封装（图1-2）。外壳的宽度和长可度随意图的应用而改变。合适的外壳可包括例如“A”、“B”、“F”、“G”、“H”、“J”、“K”、“L”、“M”、“N”、“P”、“R”、“S”、“T”、“W”、“Y”或“X”外壳（AVX公司）。不管采用什么外壳尺寸，电容器元件33经封装使至少一部分阳极端子62和阴极端子72暴露，用于安装到电路板上。例如，在图1-2所示的实施例中，阳极端子62的平面部分63暴露，但是，直立部分64封装在成型材料58内。同样，阴极端子72的第二平面部分73也暴露，但是，第一平面部分75和直立部分74都封装在成型材料58内。如上所解释，阴极端子的平面部分和直立部分的封装会使电容器具有更好的机械稳定性，从而改善电气性能。
通过下面的实例可以更好地理解本发明。
测试程序
等效串联电阻（“ESR”）
等效串联电阻可以采用带Kelvin引线的Keithley 3330精密LCZ计，在直流偏压2.2伏特、峰-峰正弦信号0.5伏特时进行测定。工作频率采用100kHz，以及温度为23℃ + 2℃。
电容（“Cap”）
电容可以采用带Kelvin引线的Keithley 3330精密LCZ计，在直流偏压2.2伏特、峰-峰正弦信号0.5伏特时进行测定。工作频率采用120Hz，以及温度采用23℃+2℃。
漏电流：
漏电流（“DCL”）采用泄漏测试装置测定，所述泄漏测试装置在温度25℃和达到额定电压至少60秒后测定漏电流。
实例1
首先，将钽阳极（2.30mm×0.50mm×2.30mm）在液体电解质中在17.1V下氧化到150 mF。然后，将阳极浸入甲苯磺酸铁（III）（CLEVIOS? C）的丁醇溶液中15分钟，之后浸入3,4-乙烯二氧噻吩（CLEVIOS? M）中1分钟，形成导电聚合物涂层。聚合45分钟后，在电介质表面形成一薄层聚（3,4-乙烯二氧噻吩）。部件在甲醇中清洗以脱除反应副产物、在液体电解质中重新进行阳极氧化，并重新在甲醇中清洗。重复聚合周期12次。然后，如本领域所知，用石墨和银涂覆部件。接着，将所得电容器元件放入引线框袋（pocket）中，形成图1-2所示的阳极端子和阴极端子。更具体地说，如图1所示，所得阴极端子包含通过折叠区79互相连接的第一平面部分75和第二平面部分73，以及直立部分74。一旦以想要的方式放置，采用脉冲激光束将阳极线焊接到阳极端子上。然后，将电容器元件封装到长度大约3.50mm、高度大约1.00mm和宽度大约2.80mm的“L”外壳内。成品部件进行无铅回流焊（lead-free reflow）处理。采用上述方法制备756个部件。
实例2
除阴极端子仅包含单个平面部分外，采用实例1所述的方式形成电容器。也就是说，阴极端子缺乏图1所示的平面部分75和折叠区79。相反，阴极端子仅包含与电容性元件下表面相邻的单个平面部分以及与电容器元件后表面相邻的直立部分。采用这种方法制备756个部件。然后，对实例1和实例2制备的部件进行电气测试。中值结果在下面的表1中给出。
Figure 407995DEST_PATH_IMAGE003
如表中所示，采用实例1中描述的阴极端子组装的部件的漏电流和ESR均比实例2的部件低。此外，97%以上的实例1的部件经确定通过了电气性能测试，相比之下，实例2的部件仅91%通过了测试。我们认为，通过率低的原因是阳极未在外壳内对称放置，导致与阴极端子剥离的可能性较高。
本领域技术人员在不违背本发明精神和范围的情况下可作出种种改进和变形。另外，应理解的是，各个实施例可以整体或部分互换。此外，本领域技术人员将意识到，前面的描述仅用作举例，并不意图限制在这类所附的权利要求中进一步描述的发明。

Claims (26)

1.一种电容器，其包含：
固体电解电容器元件，其限定了上表面、下表面、前表面和后表面，其中所述电容器元件包含阳极、覆盖所述阳极的介电层、覆盖含有固体电解质的介电层的阴极，以及阳极引线，所述阳极引线与沿纵向延伸的所述阳极电连接；
与所述阳极引线电连接的阳极端子；及
与所述阴极电连接的阴极端子，其包含通常与所述电容器元件下表面垂直的直立部分和通常与所述电容器元件下表面平行的第一平面部分和第二平面部分，其中所述第一平面部分和第二平面部分通过折叠区互相连接，使得所述第一平面部分置于所述第二平面部分的垂直上方；以及成型材料，其封装所述电容器元件，并使至少部分所述阳极端子及至少部分所述阴极端子的第二平面部分暴露。
2.根据权利要求1所述的电容器，其中所述第一平面部分和第二平面部分与所述电容器元件的下表面相邻。
3.根据权利要求1所述的电容器，其中所述第一平面部分与所述电容器元件直接接触。
4.根据权利要求1所述的电容器，其中所述第一平面部分采用导电粘合剂或绝缘材料附着到所述电容器上。
5.根据权利要求1所述的电容器，其中所述第二平面部分不附着到所述电容器元件上。
6.根据权利要求1所述的电容器，其中所述第二平面部分采用导电粘合剂或绝缘材料附着到所述电容器上。
7.根据权利要求1所述的电容器，其中所述折叠区相对于所述纵向以大约10°至大约50°的角度定向。
8.根据权利要求1所述的电容器，其中所述阴极端子的直立部分与所述电容器元件的后表面相邻。
9.根据权利要求1所述的电容器，其中所述第一平面部分被成型材料完全封装。
10.根据权利要求1所述的电容器，其中所述阴极端子的直立部分被所述成型材料完全封装。
11.根据权利要求1所述的电容器，其中所述阳极端子包含通常与所述电容器元件下表面垂直的直立部分和通常与所述电容器元件下表面平行的平面部分。
12.根据权利要求11所述的电容器，其中所述阳极引线与所述阳极端子的直立部分电连接。
13.根据权利要求12所述的电容器，其中绝缘材料置于所述电容器元件和所述阳极端子平面部分之间。
14.根据权利要求12所述的电容器，其中所述阳极端子的直立部分限定了用于接收所述阳极引线的槽。
15.根据权利要求1所述的电容器，其中所述阳极包括钽、铌或它们的导电氧化物。
16.根据权利要求1所述的电容器，其中所述固体电解质包括导电聚合物。
17.根据权利要求16所述的电容器，其中所述导电聚合物是聚（3,4-乙烯二氧噻吩）。
18.一种由电容器元件和引线框形成电容器的方法，其中所述电容器元件包含阳极、覆盖所述阳极的介电层、覆盖含有固体电解质的介电层的阴极，以及阳极引线，所述阳极引线与沿纵向延伸的所述阳极电连接，以及其中所述引线框包含阳极段和阴极段，所述阳极段包含基座和从基座延伸的翼片，而所述阴极段包含基座和翼片，其中所述阴极段的基座具有第一区和第二区，以及其中所述阴极段的翼片从所述基座的第二区延伸，其中所述方法包括：
将所述阳极段的翼片向上弯曲以形成直立的阳极端子部分；
将所述阴极段的翼片向上弯曲以形成直立的阴极端子部分；
将所述阴极段的基座的第一区沿第一折叠轴向上弯曲并沿第二折叠轴向下弯曲，以形成第一平面阴极端子部分，所述第一平面阴极端子部分通过折叠区与第二平面阴极端子部分互相连接，所述折叠区限定于所述第一折叠轴和第二折叠轴之间；
将所述电容器元件放在所述引线框上；
将所述电容器元件的阳极引线与直立的阳极端子部分电连接；
将所述直立的阴极端子部分、所述第一平面阴极端子部分、所述第二平面阴极端子或它们的组合与所述电容器元件电连接；以及
用成型材料封装所述电容器元件，使部分所述阴极端子的第二平面部分保持暴露。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一平面阴极端子部分置于所述第二平面阴极端子部分的垂直上方。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述电容器元件的下表面与所述引线框的阴极段相邻。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述折叠区相对于所述纵向以大约10°至大约50°的角度定向。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一平面阴极端子部分被所述成型材料完全封装。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述直立的阴极端子部分被所述成型材料完全封装。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二平面阴极端子部分保持未折叠。
25.根据权利要求18所述的方法，其中所述阳极段的基座构成平面阳极端子部分。
26.根据权利要求18所述的方法，其中所述直立的阳极端子部分限定了用于接收所述阳极引线的槽。
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